zdroji 10 V. Simulací zjistěte napětí na jednotlivých rezistorech. Porovnejte s výpočtem.

Transkript

1 Téma 1 1. Jaký odpor má žárovka na 230 V s příkonem 100 W? 2. Kolik žárovek 230 V, 60 W vyhodí pojistk 10 A? 3. Kolik elektronů reprezentje logicko jedničk v dynamické paměti, když kapacita paměťové bňky je 40 ff (femtofaradů) a napětí jedničky je 3 V. 4. Zdroj stejnosměrného napětí 5 V je vybaven kondenzátorem 100 μf a napájí zařízení se spotřebo 50 mw. Za jak dloho klesne napájecí napětí na 4,5 V, když síť přestane dodávat prod? (Předpokládáme, že prod do spotřebiče se při pokles napětí v interval 5 V 4,5 V nezmění). 5. Elektromagnet má indkčnost 10 H. Za jak dloho v něm vzroste prod na hodnot 1 A, když ho připojíme ke zdroji 5 V? 6. Norma stanoví pro stejnosměrný prod procházející lidským tělem jako bezpečno hodnot nejvýše 10 ma. Je z tohoto hledika nebezpečný zdroj 100 V s vnitřním odporem 10 MΩ? 7. Proč neopatrný dotek v síťové zásvce 230 V těžce zranil člověka s prodřenými podrážkami bot a nezranil jiného člověka v holinkách. Nakreslete elektrickýmodelsitace. Kterého kontakt v zásvce se dotyčný dotkl, který by měl být neškodný? 8. Indktorem 1 H teče prod 1 A. Jaké napětí by bylo na kapacitor 100 μf, kdyby v něm byla loženastejnáenergie? 9. Varná konvice má příkon 1000 W. 1 litr vody 10 C teplé vaří za 7 mint. Jaká je její energetická účinnost? 10. Nakreslete v Microcap obvod se třemi rezistory v sérii (10 kω, 40 kω, 50 kω) připojenými ke zdroji 10 V. Simlací zjistěte napětí na jednotlivých rezistorech. Porovnejte s výpočtem. 11. Nakreslete v Microcap obvod se třemi rezistory v sérii (10 kω, 40 kω, 50 kω) připojenými ke zdroji sinsového napětí o kmitočt 1 khz s amplitdo 10 V. Simlací zjistěte průběh napětí na jednotlivých rezistorech. 12. Nakreslete v Microcap obvod se třemi rezistory v sérii (10 kω, 40 kω, 50 kω) připojenými ke zdroji sinsového napětí o kmitočt 1 khz s amplitdo 5 V a stejnosměrno sperpozicí 3 V. Simlací zjistěte průběh napětí na jednotlivých rezistorech. Simljte ještě jiný případ s amplitdo 3 V a stejnosměrno sperpozicí 5 V. 13. Navrhněte obvod s napětím řízeným zdrojem prod, který při řídicím napětí 1 V vytvoří na paralelně připojeném rezistor 1 kω napětí 5 V. Jaké napětí vznikne na rezistor 5 kω? 14. Jaký elektrický příkon má spotřebič s odporem 100 Ω, připojený ke střídavém napětí 50 Hz s amplitdo 320 V? Jaké je efektivní napětí? 15. Jaký příkon bde mít tentýž spotřebič, když triakový reglátor zapne prod vždy v okamžik odpovídajícím úhl π/2 a 3π/2 v průběh každé periody

2 16. Vypočtěte vztah mezi prodem i anapětím pro obvod s napětím řízeným zdrojem prod: i ' g.' R 17. Vypočtěte vztah mezi prodem i anapětím pro obvod s napětím řízeným zdrojem prod: i ' g.' R 18. Vypočtěte vztah mezi prodem i anapětím pro obvod s napětím řízeným zdrojem napětí pro A 0, resp. 0 <A<1, A>1 A =1: i R A. 19. Vypočtěte vztah mezi prodem i anapětím pro obvod s napětím řízeným zdrojem napětí pro A<0: i R A. 20. Vypočtěte vztah mezi prodem i anapětím pro obvod s prodem řízeným zdrojem prod: i i 1 β.i 1 R 2

3 Téma 2 1. Mějme obvod podle obrázk. Jaké napětí bde v v bodech 1, 2, 3 (proti zemní svorce)? Jaké mezi zly 2 a 3? Jaké napětí bde v bodech 1, 2, 3, když odpojíme rezistor R 5? R R2 30 R3 70 R R Mějme obvod podle obrázk. Jaké napětí bde v v bodech 1, 2, 3 (proti zemní svorce)? Jaké mezi zly 1 a 2? Jaké mezi zly 2 a 3? R1 50 R2 R R ,1A 3. Osvětlení vánočního stromk bylo navrženo podle obrázk (žádná část není spojena se zemí, aniokolnímivodivýmipředměty): 100V 8 vìtví 20 árovek Předpokládejme, že vodivých spojů je možno se dotknot vždy jen na jedné žárovce. Je to nebezpečné, když stromek svítí (jaké napětí je na každé žárovce)? Za jakých okolností to nebezpečné je? 4. Jaký prod msí dodat zdroj v příklad 3, když každá žárovka má příkon 0,5 W? Jak se prod změní, když praskne jedna žárovka? Když praskno dvě :-)? 3

4 5. Jak se rozdělí napětí na kapacitním děliči podle obrázk? 3 F C1 100V F C2 F C3 6. Jaké vlastnosti bde mít zdroj složený ze dvo nestejně nabitých akmlátorů (napětí naprázdno, vnitřní odpor)? 0,2Ω 0,3Ω 1,2V 1,15V 7. Najděte graficky napětí na rezistor R pro jeho různé hodnoty. Nejprve nahraďte část obvod podle věty o náhradním zdroji (Theveninův teorém). R1 100 R3 100 R2 100 R 50,100, Obvod s napětím řízeným zdrojem napětí na obrázk se chová jako kapacitor. S jako hodnoto kapacity pro A = 5? S jako hodnoto pro různá A? q C A. 9. V obvod na obrázk je zdroj napětí a zdroj prod. Jaký prod bde procházet obvodem? Jaké napětí bde na svorkách prodového zdroje? Jak se hodnoty změní, když bde R = 20 Ω? R 10Ω 1A 4

5 Téma Ze svodů EKG dostáváme napětí s rozkmitem ±1 mv. Předepsaný vstpní odpor přístroje je 2,5 MΩ, což je nejméně desetinásobek odpor (cesty od srdce ke svodům). Nakreslete obvod, který měřením EKG vytvoříme. Kdyby byl odpor mezi svody (cesty od srdce ke svodům) právě 25 kω, jak by se změnil rozkmit signál, jestliže by vstpní odpor přístroje byl výkonově přizpůsoben? Mělo by to nějaký smysl? 11. Jaké vlastnosti by měl mít voltmetr a jaké ampérmetr? Proč? 12. Jak změříte prod A, když máte jen miliampérmetr ma? Co msíte o miliampérmetr vědět? Dal by se požít i milivoltmetr, např mv? Jak se sitace zkomplikje, pokd by byl k dispozici jen milivoltmetr mv? 13. Jak velká je indkčnost spojení indktorů na obrázk? L1 L2 L4 L3 14. Mějme dva kapacitory, 100μF a 500μF. Jak velký prod ze zdroje konstantního prod msí být do každého dodáván, aby se nabily na 10 V za 100 ms? jaký prod by byl potřeba, kdybychom nabíjeli jejich paralelní kombinaci, a jaký pro nabití jejich sériové kombinace? 15. Jaký prod poteče rezistorem R =,R =5kΩ,R = 20 kω v obvod na obrázk? Jaký prod bde v vedených případech dodávat zdroj napětí? 1m A R 5kΩ 20kΩ 16. Napětí akmlátor v akmlátorové svítilně 6 V, 6 W pokleslo po zapntí světla z 6 V na 5,9 V. Jaký má akmlátor vnitřní odpor? Jak by napětí pokleslo při požití žárovky 10 W? (Předpokládáme, že při malém pokles napětí lze počítat s prodem žárovko stejným jako při nominálním napětí zdroje). 17. Obvod s přepínačem vede nejprve prod do indktor (1) a potom nahromaděno energii rozptylje v rezistor (2). Přepínač bde v poloze 1 až do stálení prod indktorem. Jaké napětí se objeví v bodě 2 po přepntí přepínače? Jaká energie se rozptýlí při každém přepntí? 10Ω 1 2 1H 18. Jaký prod v vedeném obvod dodává zdroj 1 ajakýzdroj 2? Jaké je napětí mezi zly 2 a1? 1 2 R2 100 R1 200 R R

6 19. Jaké napětí je mezi zly 1 a 2? Jaký odpor by msel mít rezistor R 1, aby napětí bylo nlové? 12V R2 100 R1 200 C2 1 2 C1 3μF 20. Z předchozího obrázk vypočtěte: Jaké napětí bde v zl 1, když ho zkratjeme s zlem 2. Jaký bde náboj v kapacitor C 1 ajakývkapacitorc 2? 6

7 Téma 3 1. Periodický implsní signál s periodo 5μs, implsem 5 V 1 μs (mezero 0 V) prochází derivačním obvodem RC s časovo konstanto τ=0,2 ms R =,C =20 nf. Simljte přechodný děj v čase t =0 200 μsavčaset = μs. Vysvětlete a výpočtem odůvodněte posntí časového průběh během přechodného děje. 2. Periodický implsní signál s periodo 5μs, implsem 50V 1μs (mezero 45V) prochází derivačním obvodem RC s časovo konstanto τ=0,2 ms R =,C =20 nf. Simljte přechodný děj v čase t =0 200 μsavčaset = μs. Vysvětlete a výpočtem odůvodněte posntí časového průběh během přechodného děje. 3. Periodický implsní signál s periodo 5μs, implsem 5 V 1 μs (mezero 0 V) prochází integračním obvodem RC s časovo konstanto τ=0,2 ms R =,C =20 nf. Simljte přechodný děj v čase t = μs. Vysvětlete a výpočtem odůvodněte časový vývoj napětí na výstp obvod. 4. Popište přechodný děj v obvod na obrázk při jeho bzení skokem napětí. 5. Popište přechodný děj v obvod na obrázk při jeho bzení skokem napětí. 6. Popište přechodný děj v obvod na obrázk při jeho bzení skokem napětí. 7. Jak dloho dob bde impls 5 V, 1 μs, který vstpje do integračního obvod R =, C =100 pf překračovat na výstp úroveň 2,5 V. Odvoďte a simljte. 5V 1s μ 100pF 7

8 8. Jak dloho dob bde odezva derivačního obvod (R =, C =100pF) na skok 5V, překračovat na výstp úroveň 2,5 V. Odvoďte a simljte. 100pF 5V 9. Popište napětí na svorkách indktor pro oba přechodné děje při přepínání přepínače. (Oba přechodné děje považjte před přepntím za stálené). 10Ω 1 2 1H 10. Popište prod indktorem pro oba přechodné děje při přepínání přepínače. (Oba přechodné děje považjte před přepntím za stálené). 10Ω 1 2 1H 11. Popište napětí na svorkách kapacitor pro oba přechodné děje při přepínání přepínače. (Oba přechodné děje považjte před přepntím za stálené) F μ 100Ω 12. Popište prod kapacitorem pro oba přechodné děje při přepínání přepínače. (Oba přechodné děje považjte před přepntím za stálené) F μ 100Ω 13. Popište napětí na svorkách kapacitor v obvod s řízeným zdrojem prod. Vstpní impls 5V, 50μs, řízený zdroj g =1mS. i=g. g=1m S 10nF 8

9 Téma Popište napětí na svorkách kapacitor v obvod s řízeným zdrojem prod. Vstpní impls 5V, 50μs, -10 V, 25 μs řízený zdroj g =1mS. 5 i=g g=1m S 10nF Simljte přechodný děj v obvod podle obrázk. Skok napětí zvolte 10 V a k nechť je -10. Jako časovo konstanto lze charakterizovat přechodný děj na napětí? Jako hodnot by měl kapacitor, kdyby přechodný děj probíhal v pasivním obvod s vedeným odporem? Dokážete pozorování podpořit matematickým odvozením? 1nF 1 =k Simljte přechodný děj v obvod podle obrázk. Skok napětí zvolte 10 V a k nechť je +0,5. Jako časovo konstanto lze charakterizovat přechodný děj na napětí? Jako hodnot by měl kapacitor, kdyby přechodný děj probíhal v pasivním obvod s vedeným odporem? Dokážete pozorování podpořit matematickým odvozením? 1nF 1 =k Simljte přechodný děj v obvod podle obrázk. Skok napětí zvolte 10 V a k nechť je -10. Jako časovo konstanto lze charakterizovat přechodný děj na napětí? Jako hodnot by měl indktor, kdyby přechodný děj probíhal v pasivním obvod s vedeným odporem? Dokážete pozorování podpořit matematickým odvozením? 1m H 1 =k Simljte přechodný děj v obvod podle obrázk. Skok napětí zvolte 10 V a k nechť je 0,5. Jako časovo konstanto lze charakterizovat přechodný děj na napětí? Jako hodnot by měl indktor, kdyby přechodný děj probíhal v pasivním obvod s vedeným odporem? Dokážete pozorování podpořit matematickým odvozením? 1m H 1 =k. 2 9

10 19. Obvod pro vybavení airbag je spořádán tak, že v normálním stav se držje kondenzátor 400 μf nabitý na 12 V. Při havarii může být baterie odpojena, ale kontakt akcelerometrického spínače vybije kondenzátor do roznětky vybavovacího zařízení. Zjistěte, za jak dloho se v rezistor roznětky 100 Ω rozptýlí energie 25 mj potřebná k aktivaci V 400μF 100Ω 20. Obvod fotoblesk lze zjednodšeně popsat schématem na obrázk. Kondenátor je nabit na napětí, které nezpůsobí výboj ve výbojce. Výboj je aktivován pomocným implsem v okamžik expozice. Jako energii spotřebje výbojka, jestliže kondenzátor 100 μf, nabitý na napětí 300 V se vybije na zhášecí napětí výboje 80 V? Msíme znát průběh přechodného děje při výboji? 1k Ω 300V 100μF 10

11 Téma 4 OBVODY V TĚCHTO PŘÍKLADECH PRACUJÍ V HARMONICKÉM USTÁLENÉM STAVU 1. Na jakém kmitočt bde výstpní napětí v obvod na obrázk posnto o 45 anajakémo 60 oproti napětí vstpním? Přesvědčete se v simlátor. 1k Ω 1nF Aby se obvody posovající fázi vzájemně neovlivňovaly, je možno, pokd je potřebjeme řadit za sebo ve větším počt, vzájemně je oddělit zesilovači, resp. napětím řízenými zdroji napětí. Navrhněte trojici RC obvodů tak, aby vytvořily třífázovo sostav napětí. Určete jaké zesílení k (včetně znaménka) msejí mít zesilovače, aby amplitdy všech tří fázových napětí byly stejné a sledovaly fázový posv odpovídající třífázové sostavě. R1 x y z R2 R3 C1 k1 C2 k2 C3 3. Lze rozsvítit bez zničení žárovk 12 V / 6 W ze sítě 230 V 50 Hz s tím, že příkon nastaví v sérii zapojený kondenzátor? Jako by měl mít hodnot? (7 μf) 4. Výpočtem a simlací nalezněte kmitočty, při kterých poklesne zesílení zesilovače o 3 db, oproti zesílení na kmitočt 1 khz (na tomto kmitočt zanedbejte účinek derivačního i integračního článk). 100nF 1,5nF 1 50kΩ k= Odvoďte obecně impedanci Ẑ jednobran na obrázk. V simlátor graficky znázorněte frekvenční závislost reálné a imaginární složky a frekvenční závislost absoltní hodnoty a fázového úhl impedance Ẑ. 11

12 6. Odvoďte obecně impedanci Ẑ jednobran na obrázk. V simlátor graficky znázorněte frekvenční závislost reálné a imaginární složky a frekvenční závislost absoltní hodnoty a fázového úhl impedance Ẑ pro k = 5. 1nF ' k.' 7. Přivedeme-li na svorky jednobran na obrázk napětí Û, jaký bde poměr Ĥ = Û Û?Vsimlátor graficky znázorněte frekvenční závislost absoltní hodnoty a fázového úhl fnkce Ĥ pro k = 5. 1nF ' k.' 8. Simljte frekvenční závislost výstpního napětí obvod podle obrázk. Zvolte různé poměry mezi τ 1 = R 1 C 1 a τ 2 = R 2 C 2. Popište a vysvětlete průběhy amplitdové a fázové frekvenční charakteristiky. C 1 R 2 R 1 C 2 9. Jaký činný, zdánlivý a jalový výkon dodává zdroj na obrázk na kmitočt 50 Hz a na kmitočt 400 Hz? Jak se bdo poměry mezi výkony měnit pro další frekvence? 100Ω 10μF 10. Jaký činný, zdánlivý a jalový výkon dodává zdroj na obrázk na kmitočt 50 Hz a na kmitočt 400 Hz? Jak se bdo poměry mezi výkony měnit pro další frekvence? 100Ω 0,1H 11. Vypočtěte a simlací ověřte, při jakém kmitočt klesne absoltní hodnota výstpního napětí v obvod na obrázk o 3 db oproti absoltní hodnotě při velmi nízkých kmitočtech. 12

13 Téma Vypočtěte a simlací ověřte, při jakém kmitočt klesne absoltní hodnota výstpního napětí v obvod na obrázk o 3 db oproti absoltní hodnotě při velmi nízkých kmitočtech. Simljte frekvenční závislost výstpního napětí (amplitdy i fáze). Vysvětlete. 13. Vypočtěte a simlací ověřte, při jakém kmitočt klesne absoltní hodnota výstpního napětí v obvod na obrázk o 3 db oproti absoltní hodnotě při velmi vysokých kmitočtech. Simljte frekvenční závislost výstpního napětí (amplitdy i fáze). Vysvětlete. 14. Vypočtěte a simlací ověřte, při jakém kmitočt klesne absoltní hodnota výstpního napětí v obvod na obrázk o 3 db oproti absoltní hodnotě při velmi nízkých kmitočtech. Kolik to bde? Simljte frekvenční závislost výstpního napětí (amplitdy i fáze). Vysvětlete. 10H 15. Vypočtěte a simlací ověřte, při jakém kmitočt vzroste absoltní hodnota výstpního napětí v obvod na obrázk o 3 db oproti absoltní hodnotě při velmi nízkých kmitočtech. Simljte frekvenční závislost výstpního napětí (amplitdy i fáze). Vysvětlete. 10H 13

14 Téma 5 1. Analyzjte obvod s transformátorem ve frekvenční oblasti. Vysvětlete průběh amplitdové charakteristiky. L 1 = 100 mh, L 2 =1mH,k =0, Ω L 1 L 2 1 5Ω 2 k 2. Který parametr bychom v předchozím příklad mseli změnit, aby se snížil dolní mezní kmitočet? Ověřte simlací. 3. Který parametr bychom v předchozím příklad mseli změnit, aby se zvýšil horní mezní kmitočet? Ověřte simlací. 4. Analyzjte obvod s transformátorem z prvého příklad v časové oblasti. Požijte impls 10 V s délko 10 μs. Jak je možno charakterizovat čelo impls? Je zde nějaká sovislost s frekvenční analýzo HUS? 5. Analyzjte obvod s transformátorem z prvého příklad v časové oblasti. Požijte impls 10 V s délko 2 ms. Jak je možno charakterizovat vrchol impls? Je zde nějaká sovislost s frekvenční analýzo HUS? 6. Propstně pólovaná dioda může složit jako indikátor teploty. Zjistěte simlací, jak velké napětí bde na diodě 1N3900 protékané prodem 1 ma při teplotě 20 Capřiteplotě60 C. i =1 ma D 7. Navrhněte náhrad VA charakteristiky diody 1N3900 dvěma lineárními úseky tak, že v propstném směr je dioda nahrazena diferenciálním odporem odpovídajícím prod 10 ma. Simlátorem nakreslete VA charakteristik diody a zakreslete její aproximaci dvěma lineárními úseky. Jaké chyby se dopstíme, když tto aproximaci požijeme v obvod, kterým protéká prod 1 ma? Pro nakreslení VA charakteristiky požijte obvod z předchozího příklad a krokjte prod po 0,01 ma od nly do 20 ma. 8. Demonstrjte vliv velikosti propstného prod na dob zotavení diody v obvod podle obrázk. +3V + -2V -2V 1 D R =1 kω 9. Požijte analýz ve frekvenční oblasti pro identifikaci velikosti barierové kapacity závěrně polarizované diody 1N3900, a to při stejnosměrném napětí 2 V a 10 V. Požijte obvod podle obrázk. Jak zvolíme rozkmit sinsového signál? R =1 kω D 1 14

15 Téma Na obrázk je směrňovač s diodo. Simljte a vysvětlete časové průběhy napětí a prod v jednotlivých místech obvod při amplitdě vstpního napětí 10 V a 70 V, f =50Hz. D 1 R =1 kω C = 100 μf 11. Na obrázk je měnič napětí. Simljte obvod s vedenými parametry a popište jak vznikají napětí v jednotlivých zlech obvod. 1ms/1ms 1 1N914 5V 500mH 100 F U měniče napětí z předchozího příklad zadejte takové parametry simlace, které možní výpočet účinnosti přeměny napětí. 13. Jak se změní výstpní napětí měniče, pokd bde spínač spínat se střído 0,5 ms/1,5 ms a se střído 1,5 ms/0,5 ms 14. Na obrázk je měnič napětí. Simljte obvod s vedenými parametry a popište jak vznikají napětí v jednotlivých zlech obvod. 500mH 1N914 5V 1 1ms/1ms 100 F U měniče napětí z předchozího příklad zadejte takové parametry simlace, které možní výpočet účinnosti přeměny napětí. 16. Jak se změní výstpní napětí měniče, pokd bde spínač spínat se střído 0,5 ms/1,5 ms a se střído 1,5 ms/0,5 ms 15